DE102015208983A1 - Optoelektronisches Bauelement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Bauelement (5) mit einem in einer Ebene (EB) des Bauelements integrierten optischen Wellenleiter (10), der in der Ebene optische Strahlung führen kann, und einem mit dem Wellenleiter in Verbindung stehenden Koppelelement (20), das in dem Wellenleiter geführte und von diesem in das Koppelelement eingespeiste optische Strahlung – entlang einer Hauptkoppelstrecke (HKS)aus der Ebene heraus koppeln kann und/oder winklig in die Ebene eingespeiste optische Strahlung – entlang der Hauptkoppelstrecke (HKS) – in den Wellenleiter und damit in die Ebene des Bauelements hinein koppeln kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Koppelwirkungsgrad des Koppelelements bezüglich der Hauptkoppelstrecke kleiner als eins ist und das Koppelelement – bei Einstrahlung optischer Strahlung – entlang einer Nebenkoppelstrecke (NKS) eine optische Verluststrahlung (D) ausgibt, die proportional oder zumindest annähernd proportional zu der entlang der Hauptkoppelstrecke übertragenen Strahlung ist, das optoelektronische Bauelement einen Detektor (30) aufweist, der mit dem Koppelelement (20) in Verbindung steht und die optische Verluststrahlung ganz oder zumindest zum Teil erfasst und ein Detektorsignal (DS) erzeugt, und das optoelektronische Bauelement eine mit dem Detektor in Verbindung stehende Steuereinheit aufweist, die anhand des Detektorsignals zumindest eine Betriebsgröße des optoelektronischen Bauelements beeinflusst.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zum Betreiben optoelektronischer Bauelemente.
- Die Druckschrift "A polarization-diversity wavelength duplexer circuit in silicon-on-insulator photonic wires" (Wim Bogaerts, Dirk Taillaert, Pieter Dumon, Dries Van Thourhout, Roel Baets; 19. Februar 2007 / Vol. 15, No. 4 / OPTICS EXPRESS 1567) offenbart ein optoelektronisches Bauelement mit einem in einer Ebene des Bauelements integrierten optischen Wellenleiter, der in der Ebene des Bauelements optische Strahlung führen kann, und einem mit dem Wellenleiter in Verbindung stehenden Koppelelement, das in dem Wellenleiter geführte und von diesem in das Koppelelement eingespeiste optische Strahlung – entlang einer Hauptkoppelstrecke – aus der Ebene heraus koppeln kann und/oder winklig in die Ebene des Wellenleiters eingespeiste optische Strahlung – entlang der Hauptkoppelstrecke – in den Wellenleiter und damit in die Ebene des Bauelements hinein koppeln kann.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, bei dem sich eine Messgröße zum Erfassen eines Betriebszustands des Bauelements und zum Einstellen einer gewünschten Betriebsgröße, beispielsweise einer gewünschten Betriebstemperatur des Bauelements oder im Falle eines strahlungserzeugenden Bauelements einer gewünschten Sendeleistung des Bauelements, besonders einfach erfassen lässt.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bauelements sind in Unteransprüchen angegeben.
- Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Koppelwirkungsgrad des Koppelelements bezüglich der Hauptkoppelstrecke kleiner als eins ist und das Koppelelement – bei Einstrahlung optischer Strahlung – entlang einer Nebenkoppelstrecke eine optische Verluststrahlung ausgibt, die proportional oder zumindest annähernd proportional zu der entlang der Hauptkoppelstrecke übertragenen Strahlung ist, das optoelektronische Bauelement einen Detektor aufweist, der mit dem Koppelelement in Verbindung steht und die optische Verluststrahlung ganz oder zumindest zum Teil erfasst und ein Detektorsignal erzeugt, und das optoelektronische Bauelement eine mit dem Detektor in Verbindung stehende Steuereinheit aufweist, die anhand des Detektorsignals zumindest eine Betriebsgröße des optoelektronischen Bauelements beeinflusst.
- Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Bauelements ist darin zu sehen, dass die Verluststrahlung, die das Koppelelement erzeugt, erfindungsgemäß ausgewertet und zur Steuerung des Bauelements genutzt wird. Konkret ist erfindungsgemäß vorgesehen, mittels eines Detektors die Verluststrahlung des Koppelelements zu messen und anhand des Detektorsignals zumindest eine Betriebsgröße, beispielsweise die Temperatur des Bauelements oder im Falle eines strahlungserzeugenden Bauelements die Sendeleistung des Bauelements, zu beeinflussen. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß Verluststrahlung, die bei bisherigen vorbekannten Bauelementen ungenutzt bleibt, gezielt als Messgröße zur Bauelementsteuerung herangezogen.
- Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die winklige Ein- und/oder Auskopplung aus der Ebene des Bauelements heraus mittels eines zweiten Wellenleiters erfolgt; demgemäß ist bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Bauelements vorgesehen, dass das optoelektronische Bauelement zusätzlich zu dem bereits erwähnten Wellenleiter – nachfolgend erster Wellenleiter genannt – einen zweiten Wellenleiter aufweist, der mit seiner Längsachse winklig zu der Ebene, in der der integrierte optische Wellenleiter integriert ist und Strahlung führen kann, angeordnet ist, und das Koppelelement mit dem ersten und zweiten Wellenleiter in Verbindung steht und die in dem ersten Wellenleiter geführte und in das Koppelelement eingespeiste optische Strahlung – entlang der Hauptkoppelstrecke – in Richtung aus der Ebene heraus und in den zweiten Wellenleiter hinein koppeln kann und/oder in dem zweiten Wellenleiter geführte und von diesem in das Koppelelement eingespeiste optische Strahlung – entlang der Hauptkoppelstrecke – in den ersten Wellenleiter und damit in die Ebene des Bauelements hinein koppeln kann.
- Vorzugsweise ist die Steuereinheit derart ausgestaltet, dass sie anhand des Detektorsignals als die Betriebgröße oder eine der Betriebgrößen des optoelektronischen Bauelements die Temperatur des optoelektronischen Bauelements beeinflusst, beispielsweise mittels eines Kühl- und/oder Heizelements.
- Auch kann vorgesehen sein, dass das optoelektronische Bauelement ein Sendeelement, insbesondere ein mit dem ersten oder zweiten Wellenleiter in Verbindung stehendes Sendeelement, aufweist. Bei einer solchen Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit derart ausgestaltet ist, dass sie anhand des Detektorsignals die Sendeleistung des Sendeelements als die Betriebgröße oder eine der Betriebgrößen des optoelektronischen Bauelements beeinflusst.
- Vorzugsweise liegt die Öffnungsquerschnittsnormale der Einkoppelstirnfläche des Detektors parallel zu der Ebene des Bauelements, in der der erste Wellenleiter integriert ist und seine optische Strahlung führen kann.
- Das Bauelement weist vorzugsweise einen Halbleiterchip auf oder besteht aus einem solchen. Die Ebene, in der der erste Wellenleiter optische Strahlung führen kann, ist vorzugsweise eine Chipebene des Halbleiterchips, insbesondere eine Schichtebene einer Halbleiterschicht eines Schichtstapels des Halbleiterchips.
- Vorzugsweise koppelt das Koppelelement winklig in die Ebene des ersten Wellenleiters eingespeiste optische Strahlungentlang mindestens zweier Hauptkoppelstrecken – in den ersten Wellenleiter und in mindestens einen weiteren Wellenleiter, der in derselben Ebene des Bauelements wie der erste Wellenleiter liegt und dort optische Strahlung führen kann.
- Der Koppelwirkungsgrad des Koppelelements ist bezüglich der mindestens zwei Hauptkoppelstrecken bevorzugt jeweils kleiner als eins, und das Koppelelement weist pro Hauptkoppelstrecke vorzugsweise jeweils eine zugeordnete Nebenkoppelstrecke auf.
- Bezüglich der Einstrahlung wird es darüber hinaus als vorteilhaft angesehen, wenn das Koppelelement bei winkliger Einstrahlung optischer Strahlung in die Ebene des Wellenleiters, insbesondere bei Einstrahlung optischer Strahlung durch den zweiten Wellenleiter, – also bei Strahlungsumlenkung entlang der mindestens zwei Hauptkoppelstrecken – entlang jeder der Nebenkoppelstrecken jeweils eine optische Verluststrahlung ausgibt, die proportional oder zumindest annähernd proportional zu der entlang der jeweiligen Hauptkoppelstrecke übertragenen Strahlung ist, und der Detektor zumindest eine der Verluststrahlungen, vorzugsweise alle Verluststrahlungen, ganz oder zumindest zum Teil erfasst.
- Das Koppelelement koppelt die in dem ersten und/oder in einem der weiteren Wellenleiter geführte und von diesem in das Koppelelement eingespeiste optische Strahlung vorzugsweise jeweils entlang der jeweiligen Hauptkoppelstrecken winklig aus der Ebene der Wellenleiter aus und dadurch beispielsweise in den zweiten Wellenleiter ein.
- Bezüglich der Ausgestaltung des Detektors wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Detektor eine Photodiode ist oder eine solche umfasst. Eine Detektorschicht der Photodiode liegt vorzugsweise in derjenigen Ebene, in der der erste Wellenleiter integriert ist und Strahlung führen kann, und/oder in einer dazu parallelen Ebene.
- Die Photodiode kann beispielsweise als Germanium-, Indiumphosphid-, Galliumarsenid- oder Indiumgalliumarsenid-Photodiode, zum Beispiel in Form einer pin- oder pn-Diode, realisiert sein.
- Das Koppelelement umfasst vorzugsweise ein Gitter, einen Spiegel und/oder eine photonische Kristallstruktur.
- Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Betreiben eines optoelektronischen Bauelements mit einem in einer Ebene des Bauelements integrierten optischen Wellenleiter, der in der Ebene des Bauelements optische Strahlung führen kann, und einem mit dem Wellenleiter in Verbindung stehenden Koppelelement, das in dem Wellenleiter geführte und von diesem in das Koppelelement eingespeiste optische Strahlung – entlang einer Hauptkoppelstrecke – in Richtung aus der Ebene heraus koppeln kann und/oder winklig in die Ebene des Wellenleiters eingespeiste optische Strahlung – entlang der Hauptkoppelstrecke – in den Wellenleiter und damit in die Ebene des Bauelements hinein koppeln kann.
- Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Verfahrens vorgesehen, dass der Koppelwirkungsgrad des Koppelelements bezüglich der Hauptkoppelstrecke kleiner als eins ist und das Koppelelement – bei Einstrahlung optischer Strahlung – entlang einer Nebenkoppelstrecke eine optische Verluststrahlung ausgibt, die proportional oder zumindest annähernd proportional zu der entlang der Hauptkoppelstrecke übertragenen Strahlung ist, und die optische Verluststrahlung ganz oder zumindest zum Teil erfasst und ein Detektorsignal erzeugt wird, und anhand des Detektorsignals zumindest eine Betriebsgröße des optoelektronischen Bauelements beeinflusst wird.
- Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelement verwiesen.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
-
1 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optoelektronisches Bauelement, bei dem eine Lichtleitfaser winklig zu einem Halbleiterchip ausgerichtet ist und ein Koppelelement die Lichtleitfaser mit einem in dem Halbleiterchip integrierten Wellenleiter koppelt, -
2 das optoelektronische Bauelement gemäß1 im Querschnitt, -
3 ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement, das mit einem Sendeelement ausgestattet ist, -
4 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optoelektronisches Bauelement, bei dem ein Koppelelement zwei Hauptkoppelstrecken und zwei Nebenkoppelstrecken aufweist, -
5 ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement, bei dem über eine Nebenkoppelstrecke aus einem Koppelelement ausgekoppelte Verluststrahlung über einen Ringresonator in einen Detektor eingekoppelt wird, und -
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement, das mit einem Sendeelement ausgestattet ist. - In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
- Die
1 zeigt in einer Draufsicht ein optoelektronisches Bauelement5 , bei dem ein integrierter optischer Wellenleiter10 , ein Koppelelement20 sowie ein Detektor30 in einem Halbleiterchip40 des Bauelements5 integriert sind. Die Bezugszeichen X, Y und Z bezeichnen die Raumkoordinaten des Bauelements. - Das Koppelelement
20 koppelt den integrierten optischen Wellenleiter10 – nachfolgend erster Wellenleiter genannt – mit einem zweiten Wellenleiter, der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß1 durch eine Lichtleitfaser50 gebildet ist. Die Lichtleitfaser50 steht mit ihrer Längsachse winklig zu der Ebene EB (vgl.2 ), in der der integrierte optische Wellenleiter10 , das Koppelelement20 und der Detektor30 in dem Halbleiterchip40 integriert sind. - Das Koppelelement
20 unterteilt den integrierten optischen Wellenleiter10 bei der Darstellung gemäß1 in einen in der1 rechten Wellenleiterabschnitt11 und einen in der1 linken Wellenleiterabschnitt12 . Das Koppelelement20 ist derart ausgestaltet, dass dieses hauptsächlich den linken Wellenleiterabschnitt12 mit der Lichtleitfaser50 koppelt und zwischen dem linken Wellenleiterabschnitt12 und der Lichtleitfaser50 eine Hauptkoppelstrecke HKS bildet. Das Koppelelement20 kann beispielsweise durch einen 1D- oder 2D-Gitterkoppler oder eine Umlenkeinheit gebildet sein. - Der Koppelwirkungsgrad des Koppelelements
20 ist bezüglich der Hauptkoppelstrecke HKS, also zwischen dem linken Wellenleiterabschnitt12 und der Lichtleitfaser50 , zwar sehr groß, aber – aufgrund von Beugung, Brechung, Streuung und/oder Reflektion – kleiner als eins, so dass das Koppelelement20 die Lichtleitfaser50 auch mit dem in der1 rechten Wellenleiterabschnitt11 koppelt und zwischen dem rechten Wellenleiterabschnitt11 und der Lichtleitfaser50 eine Nebenkoppelstrecke NKS bildet. - Bezüglich der Ausgestaltung des Detektors
30 lässt sich in der1 erkennen, dass eine mit dem integrierten optischen Wellenleiter10 in Verbindung stehende Einkoppelstirnfläche31 des Detektors30 derart ausgerichtet ist, dass die Öffnungsquerschnittsnormale A der Einkoppelstirnfläche31 parallel zu der Ebene des Halbleiterchips40 liegt, in der der integrierte optische Wellenleiter10 und das Koppelelement20 integriert sind. Der Detektor30 kann beispielsweise als Germanium-, Indiumphosphid-, Galliumarsenid- oder Indiumgalliumarsenid-Photodiode oder als p- und n-dotierter Halbleiterbereich als Teil einer pin- oder pn-Diode realisiert sein. - Mit dem Detektor
30 steht eine Steuereinheit100 in Verbindung, die ein von dem Detektor30 erzeugtes Detektorsignal DS auswertet und unter Heranziehung des Detektorsignals DS zumindest eine Betriebsgröße des optoelektronischen Bauelements5 beeinflusst. - Die Funktionsweise des optoelektronischen Bauelements
5 soll nachfolgend beispielhaft für den Fall erläutert werden, dass die Lichtleitfaser50 optische Strahlung B in das Koppelelement20 einkoppelt. Im Falle einer Einkopplung optischer Strahlung B von der Lichtleitfaser50 wird das Koppelelement20 den Großteil der Strahlung B entlang der Hauptkoppelstrecke HKS in den linken Wellenleiterabschnitt12 einkoppeln; die gekoppelte Strahlung ist in der1 mit dem Bezugszeichen C gekennzeichnet. - Ein kleiner Teil der optischen Strahlung B wird – aufgrund von Beugung, Brechung, Streuung und/oder Reflektion im Koppelelement
20 – über die Nebenkoppelstrecke NKS als Verluststrahlung D in den rechten Wellenleiterabschnitt11 gekoppelt und über diesen zum Detektor30 übertragen. Der Detektor30 erzeugt das Detektorsignal DS, das zur Steuereinheit100 gelangt. - Anhand der Größe des Detektorsignals DS kann die Steuereinheit
100 ermitteln, welche Strahlungsleistung über die Hauptkoppelstrecke HKS in den Halbleiterchip40 eingekoppelt wird, und das optische Bauelement5 entsprechend einstellen. Beispielsweise kann die Steuereinheit100 derart ausgestaltet sein, dass sie anhand des Detektorsignals DS ein Kühlund/oder Heizelement des Bauelements5 steuert, um die Temperatur des optoelektronischen Bauelements5 in einem gewünschten Temperaturbereich zu halten. - Die
2 zeigt das optoelektronische Bauelement5 gemäß1 im Querschnitt. Man erkennt die winklige Anordnung der Lichtleitfaser50 relativ zur Ebene EB und damit zum optischen Wellenleiter10 , der in der Ebene EB des Halbleiterchips40 integriert ist. - Darüber hinaus lässt sich erkennen, dass der integrierte optische Wellenleiter
10 , das Koppelelement20 sowie der Detektor30 in einer oder mehreren Halbleiterschichten41 integriert sind, die zu einem nicht weiter dargestellten Halbleiterschichtstapel des Halbleiterchips40 gehören. Bei dem Halbleiterchip40 kann es sich beispielsweise um SOI(silicon on insulator)-Material handeln; in diesem Fall handelt es sich bei der Halbleiterschicht41 vorzugsweise um eine Siliziumschicht, die auf einer Siliziumdioxidschicht aufliegt. - Die
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement5 , das im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den1 und2 entspricht. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß3 der linke Wellenleiterabschnitt12 des optischen Wellenleiters10 mit einem Sendeelement200 verbunden. - Das Sendeelement
200 kann optische Strahlung B erzeugen und in das Koppelelement20 einkoppeln. Das Koppelelement20 wird die eingekoppelte optische Strahlung B entlang der Hauptkoppelstrecke HKS aus der Ebene der Halbleiterschicht41 und damit aus dem Halbleiterchip40 auskoppeln und in die winklig zum Halbleiterchip40 angeordnete Lichtleitfaser50 einkoppeln. Die aus dem Halbleiterchip40 ausgekoppelte Strahlung ist in der3 mit dem Bezugszeichen C gekennzeichnet. - Darüber hinaus wird das Koppelelement
20 – aufgrund von Beugung, Brechung, Streuung und/oder Transmission im Koppelelement20 – einen kleinen Anteil der optischen Strahlung B in den rechten Wellenleiterabschnitt11 – entlang der Nebenkoppelstrecke NKS – als Verluststrahlung D einkoppeln und somit zu dem Detektor30 übertragen, der die Verluststrahlung D messtechnisch erfasst. - Der Detektor
30 erzeugt ein Detektorsignal DS, das zur Steuereinheit100 gelangt. Die Steuereinheit100 wertet das Detektorsignal DS aus und beeinflusst anhand des Detektorsignals beispielsweise zumindest eine Betriebsgröße des Sendeelements200 , beispielsweise die Sendeleistung des Sendeelements200 , und/oder beispielsweise zumindest ein Heizelement des optoelektronischen Bauelements5 , um das optoelektronische Bauelement5 , insbesondere den Halbleiterchip40 , in einem vorgegebenen Betriebsparameterbereich, beispielsweise in einem vorgegebenen Temperaturbereich, zu halten. Die Ansteuerung des Sendeelements200 erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß3 durch ein Steuersignal ST, das die Steuereinheit100 über eine Steuerleitung101 zum Sendeelement200 überträgt. - Die
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement5 , bei dem ein in einem Halbleiterchip40 integriertes Koppelelement20 zwei Hauptkoppelstrecken HKS1 und HKS2 sowie zwei Nebenkoppelstrecken NKS1 und NKS2 aufweist bzw. bereitstellt. - Über die erste Hauptkoppelstrecke HKS1 koppelt das Koppelelement
20 einen in dem Halbleiterchip40 integrierten optischen Wellenleiter10 – nachfolgend erster Wellenleiter genanntmit einem zweiten, außerhalb des Halbleiterchips40 befindlichen zweiten Wellenleiter, bei dem es sich beispielsweise um eine Lichtleitfaser wie die Lichtleitfaser50 gemäß den1 bis3 handeln kann; der zweite Wellenleiter ist in der4 aus Gründen der Übersicht nicht weiter dargestellt. - Darüber hinaus koppelt das Koppelelement
20 den zweiten Wellenleiter mit einem weiteren Wellenleiter – nachfolgend dritter Wellenleiter300 genannt –, der – genauso wie der Wellenleiter10 – in dem Halbleiterchip40 integriert ist und vorzugsweise in derselben Wellenleiterebene wie der Wellenleiter10 angeordnet ist. Der erste Wellenleiter10 und der dritte Wellenleiter300 stehen vorzugsweise senkrecht zueinander. - Wird beispielsweise durch den zweiten Wellenleiter optische Strahlung B in das Koppelelement
20 durch winklige Einstrahlung eingekoppelt, so wird diese über die Hauptkoppelstrecken HKS1 und HKS2 sowohl in den ersten Wellenleiter10 als auch in den dritten Wellenleiter300 eingekoppelt; die eingekoppelte Strahlung ist in der4 mit dem Bezugszeichen C und C2 gekennzeichnet. - Darüber hinaus wird das Koppelement
20 Verluststrahlung D und D2 über die Nebenkoppelstrecken NKS1 und NKS2 in die beiden Wellenleiter10 und300 einkoppeln. Die Verluststrahlung D und D2 gelangt über die Wellenleiter10 und300 zu Einkoppelstirnflächen31 eines Detektors30 , der die Verluststrahlung D und D2 messtechnisch erfasst und ausgangsseitig ein entsprechendes Detektorsignal DS für eine Steuereinheit100 erzeugt. - Die Steuereinheit
100 kann anhand des Detektorsignals zumindest eine Betriebsgröße des optoelektronischen Bauelements5 beeinflussen, wie dies im Zusammenhang mit den1 bis3 bereits oben im Detail erläutert worden ist. - In den Abschnitt zwischen dem Koppelelement
20 und dem Detektor30 können im Übrigen weitere passive oder aktive photonische Bauelemente, wie beispielweise Ringresonatoren oder Mach-Zehnder Interferometer eingefügt werden. Diese Bauelemente können zum Beispiel Filterfunktionen zur Verringerung von Signalübersprechung oder zur spektralen Rauschunterdrückung übernehmen. Bei einer Ausführung mit einem Ringresonator kann beispielsweise eine spezifische Frequenzkomponente eines modulierten Signals herausgefiltert und in den Detektor30 eingespeist werden. Die5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement5 , das mit einem Ringresonator140 ausgestattet ist. - Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
5 wird die über eine Nebenkoppelstrecke NKS aus einem Koppelelement20 ausgekoppelte Verluststrahlung D über den Ringresonator140 in einen Wellenleiter150 und über den Wellenleiter150 in einen Detektor30 gekoppelt. Durch das Transmissionsspektrum des Ringresonators140 erfolgt eine spektrale Filterung, welche beispielsweise über die Ringgeometrie angepasst bzw. eingestellt werden kann. Beispielsweise können bestimmte spektrale Modulationsseitenbänder eines modulierten Datensignals selektiv transmittiert werden. Die gefilterte Verluststrahlung H gelangt zu dem Detektor30 . - Der Detektor
30 steht mit einer Steuereinheit100 in Verbindung, die anhand des Detektorsignals DS bzw. anhand der gefilterten Verluststrahlung H das optoelektronische Bauelement5 ansteuert bzw. zumindest eine Betriebsgröße des optoelektronischen Bauelements5 beeinflusst. Bezüglich der Arbeitsweise der Steuereinheit100 gelten die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen gemäß den1 bis4 entsprechend. - Die
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement5 , bei dem ein Sendeelement600 über eine Freistrahlverbindung601 mit einem Halbleiterchip40 gekoppelt ist. In dem Halbleiterchip40 sind ein Koppelelement20 , ein Wellenleiter10 sowie ein Detektor30 integriert. - Das Bauelement
5 gemäß6 kann beispielsweise wie folgt betrieben werden:
Das Sendeelement600 erzeugt optische Strahlung B, die über die Freistrahlverbindung601 winklig, beispielsweise rechtwinklig, (bezogen auf die Chipebene, in der das Koppelelement20 , der Wellenleiter10 und der Detektor30 integriert sind) in das Koppelelement20 und damit in den Halbleiterchip40 eingespeist wird. Das Koppelelement20 koppelt den Großteil der eingespeisten Strahlung über eine Hauptkoppelstrecke HKS in den in der6 linken Wellenleiterabschnitt12 des Wellenleiters10 ; die gekoppelte Strahlung ist in der6 mit dem Bezugszeichen C gekennzeichnet. - Einen kleinen Anteil der eingespeisten optischen Strahlung B wird das Koppelelement
20 über eine Nebenkoppelstrecke NKS als Verluststrahlung D in den in der6 rechten Wellenleiterabschnitt11 einkoppeln. Die Verluststrahlung D gelangt zu dem Detektor30 , der die Verluststrahlung D detektiert und ein Detektorsignal DS für eine nachgeordnete Steuereinheit 100 erzeugt. Die Steuereinheit100 beeinflusst anhand des Detektorsignals DS zumindest eine Betriebsgröße des optoelektronischen Bauelements5 , beispielsweise die Temperatur des Halbleiterchips40 und/oder die Sendeleistung des Sendeelements600 . - Bezugszeichenliste
-
- 5
- optoelektronisches Bauelement
- 10
- erster Wellenleiter
- 11
- rechter Wellenleiterabschnitt
- 12
- linker Wellenleiterabschnitt
- 20
- Koppelelement
- 30
- Detektor
- 31
- Einkoppelstirnfläche
- 40
- Halbleiterchip
- 41
- Halbleiterschichten
- 50
- zweiter Wellenleiter/Lichtleitfaser
- 100
- Steuereinheit
- 101
- Steuerleitung
- 140
- Ringresonator
- 150
- Wellenleiter
- 200
- Sendeelement
- 300
- dritter Wellenleiter
- 600
- Sendeelement
- 601
- Freistrahlverbindung
- A
- Öffnungsquerschnittsnormale
- B
- optische Strahlung
- C
- gekoppelte Strahlung
- C2
- gekoppelte Strahlung
- D
- Verluststrahlung
- D2
- Verluststrahlung
- DS
- Detektorsignal
- EB
- Ebene
- H
- Verluststrahlung
- HKS
- Hauptkoppelstrecke
- HKS1
- Hauptkoppelstrecke
- HKS2
- Hauptkoppelstrecke
- NKS
- Nebenkoppelstrecke
- NKS1
- Nebenkoppelstrecke
- NKS2
- Nebenkoppelstrecke
- ST
- Steuersignal
- X
- Raumkoordinate
- Y
- Raumkoordinate
- Z
- Raumkoordinate
Claims (13)
- Optoelektronisches Bauelement (
5 ) mit – einem in einer Ebene (EB) des Bauelements (5 ) integrierten optischen Wellenleiter (10 ), der in der Ebene (EB) des Bauelements (5 ) optische Strahlung führen kann, und – einem mit dem Wellenleiter (10 ) in Verbindung stehenden Koppelelement (20 ), das in dem Wellenleiter (10 ) geführte und von diesem in das Koppelelement (20 ) eingespeiste optische Strahlung – entlang einer Hauptkoppelstrecke (HKS) – aus der Ebene (EB) heraus koppeln kann und/oder winklig in die Ebene (EB) des Wellenleiters (10 ) eingespeiste optische Strahlung – entlang der Hauptkoppelstrecke (HKS) – in den Wellenleiter (10 ) und damit in die Ebene (EB) des Bauelements (5 ) hinein koppeln kann, dadurch gekennzeichnet, dass – der Koppelwirkungsgrad des Koppelelements (20 ) bezüglich der Hauptkoppelstrecke (HKS) kleiner als eins ist und das Koppelelement (20 ) – bei Einstrahlung optischer Strahlungentlang einer Nebenkoppelstrecke (NKS) eine optische Verluststrahlung (D) ausgibt, die proportional oder zumindest annähernd proportional zu der entlang der Hauptkoppelstrecke (HKS) übertragenen Strahlung ist, – das optoelektronische Bauelement (5 ) einen Detektor (30 ) aufweist, der mit dem Koppelelement (20 ) in Verbindung steht und die optische Verluststrahlung (D) ganz oder zumindest zum Teil erfasst und ein Detektorsignal (DS) erzeugt, und – das optoelektronische Bauelement (5 ) eine mit dem Detektor (30 ) in Verbindung stehende Steuereinheit (100 ) aufweist, die anhand des Detektorsignals (DS) zumindest eine Betriebsgröße des optoelektronischen Bauelements (5 ) beeinflusst. - Optoelektronisches Bauelement (
5 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das optoelektronische Bauelement (5 ) zusätzlich zu dem bereits erwähnten Wellenleiter (10 ) – nachfolgend erster Wellenleiter (10 ) genannt – einen zweiten Wellenleiter (50 ) aufweist, der mit seiner Längsachse winklig zu der Ebene (EB), in der der integrierte optische Wellenleiter (10 ) integriert ist und Strahlung führen kann, angeordnet ist, und – das Koppelelement (20 ) mit dem ersten und zweiten Wellenleiter (10 ,50 ) in Verbindung steht und die in dem ersten Wellenleiter (10 ) geführte und in das Koppelelement (20 ) eingespeiste optische Strahlung – entlang der Hauptkoppelstrecke (HKS) – in Richtung aus der Ebene (EB) heraus und in den zweiten Wellenleiter (50 ) hinein koppeln kann und/oder in dem zweiten Wellenleiter (50 ) geführte und von diesem in das Koppelelement (20 ) eingespeiste optische Strahlung – entlang der Hauptkoppelstrecke (HKS) – in den ersten Wellenleiter (10 ) und damit in die Ebene (EB) des Bauelements (5 ) hinein koppeln kann. - Optoelektronisches Bauelement (
5 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (100 ) derart ausgestaltet ist, dass sie anhand des Detektorsignals (DS) die Temperatur des optoelektronischen Bauelements (5 ) als die Betriebgröße oder eine der Betriebgrößen des optoelektronischen Bauelements (5 ), insbesondere mittels eines Kühl- und/oder Heizelements, beeinflusst. - Optoelektronisches Bauelement (
5 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das optoelektronische Bauelement (5 ) ein Sendeelement (200 ), insbesondere ein mit dem ersten oder zweiten Wellenleiter (10 ,50 ) in Verbindung stehendes Sendeelement (200 ), aufweist und – die Steuereinheit (100 ) derart ausgestaltet ist, dass sie anhand des Detektorsignals (DS) die Sendeleistung des Sendeelements (200 ) als die Betriebgröße oder eine der Betriebsgrößen des optoelektronischen Bauelements (5 ) beeinflusst. - Optoelektronisches Bauelement (
5 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsquerschnittsnormale (A) der Einkoppelstirnfläche (31 ) des Detektors (30 ) parallel zu der Ebene (EB) des Bauelements (5 ) liegt, in der der erste Wellenleiter (10 ) integriert ist und seine optische Strahlung führen kann. - Optoelektronisches Bauelement (
5 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Bauelement (5 ) durch einen Halbleiterchip (40 ) gebildet ist und – die Ebene (EB), in der der erste Wellenleiter (10 ) optische Strahlung führen kann, eine Chipebene des Halbleiterchips (40 ), insbesondere eine Schichtebene einer Halbleiterschicht (41 ) eines Schichtstapels des Halbleiterchips (40 ), ist. - Optoelektronisches Bauelement (
5 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (20 ) winklig in die Ebene (EB) des ersten Wellenleiters (10 ) und in das Koppelelement (20 ) eingespeiste optische Strahlung – entlang mindestens zweier Hauptkoppelstrecken (HKS1, HKS2) – in den ersten Wellenleiter (10 ) und in mindestens einen weiteren Wellenleiter (300 ), der in derselben Ebene (EB) des Bauelements (5 ) wie der erste Wellenleiter (10 ) liegt und dort optische Strahlung führen kann, koppelt. - Optoelektronisches Bauelement (
5 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelwirkungsgrad des Koppelelements (20 ) bezüglich der mindestens zwei Hauptkoppelstrecken (HKS1, HKS2) jeweils kleiner als eins ist und das Koppelelement (20 ) pro Hauptkoppelstrecke (HKS1, HKS2) jeweils eine zugeordnete Nebenkoppelstrecke (NKS) aufweist. - Optoelektronisches Bauelement (
5 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – das Koppelelement (20 ) bei winkliger Einstrahlung optischer Strahlung in die Ebene (EB) des Wellenleiters (10 ), insbesondere bei Einstrahlung optischer Strahlung durch den zweiten Wellenleiter (50 ), – also bei Strahlungsumlenkung entlang der mindestens zwei Hauptkoppelstrecken (HKS1, HKS)entlang jeder der Nebenkoppelstrecken jeweils eine optische Verluststrahlung (D, D2) ausgibt, die proportional oder zumindest annähernd proportional zu der entlang der jeweiligen Hauptkoppelstrecke (HKS1, HKS2) übertragenen Strahlung ist, und – der Detektor (30 ) zumindest eine der Verluststrahlungen (D, D2), vorzugsweise alle Verluststrahlungen, ganz oder zumindest zum Teil erfasst. - Optoelektronisches Bauelement (
5 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (20 ) diejenige optische Strahlung, die in dem ersten und/oder einem der weiteren Wellenleiter (10 ,300 ) geführt wird und von diesem in das Koppelelement (20 ) eingespeist wird, entlang der jeweiligen Hauptkoppelstrecken (HKS1, HKS2) winklig aus der Ebene (EB) der Wellenleiter (10 ) auskoppelt, insbesondere in den zweiten Wellenleiter (50 ) einkoppelt. - Optoelektronisches Bauelement (
5 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Detektor (30 ) eine Photodiode, die eine Detektorschicht zum Empfang von Strahlung aufweist, ist oder eine solche umfasst und – die Detektorschicht in derjenigen Ebene (EB) liegt, in der der erste Wellenleiter (10 ) integriert ist und Strahlung führen kann, und/oder in einer dazu parallelen Ebene (EB) liegt. - Optoelektronisches Bauelement (
5 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (20 ) ein Gitter, einen Spiegel und/oder eine photonische Kristallstruktur umfasst. - Verfahren zum Betreiben eines optoelektronischen Bauelements (
5 ) mit einem in einer Ebene (EB) des Bauelements (5 ) integrierten optischen Wellenleiter (10 ), der in der Ebene (EB) des Bauelements (5 ) optische Strahlung führen kann, und einem mit dem Wellenleiter (10 ) in Verbindung stehenden Koppelelement (20 ), das in dem Wellenleiter (10 ) geführte und von diesem in das Koppelelements (20 ) eingespeiste optische Strahlung – entlang einer Hauptkoppelstrecke (HKS) – aus der Ebene (EB) heraus koppeln kann und/oder winklig in die Ebene (EB) des Wellenleiters (10 ) eingespeiste optische Strahlung – entlang der Hauptkoppelstrecke (HKS) – in den Wellenleiter (10 ) und damit in die Ebene (EB) des Bauelements (5 ) hinein koppeln kann, dadurch gekennzeichnet dass – der Koppelwirkungsgrad des Koppelelements (20 ) bezüglich der Hauptkoppelstrecke (HKS) kleiner als eins ist und das Koppelelement (20 ) – bei Einstrahlung optischer Strahlungentlang einer Nebenkoppelstrecke (NKS) eine optische Verluststrahlung (D) ausgibt, die proportional oder zumindest annähernd proportional zu der entlang der Hauptkoppelstrecke (HKS) übertragenen Strahlung ist, und – die optische Verluststrahlung (D) ganz oder zumindest zum Teil erfasst und ein Detektorsignal (DS) erzeugt wird, und – anhand des Detektorsignals (DS) zumindest eine Betriebgröße des optoelektronischen Bauelements (5 ) beeinflusst wird.
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